JP6855096B1 - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】作業時の音の発生を抑制するとともに、駆動軸の回転の安定と稼働時に生じる熱を放熱することができる電動工具を提供する。【解決手段】モータ３の駆動により軸回転するスピンドル４の軸回転力を先端工具ビット３００へ伝達する伝達機構を備えている。モータ３と伝達機構との間には放熱用空間６０が形成され、スピンドル４の少なくとも一部の表面は放熱用空間６０において露出している。露出したスピンドル４の表面には、スピンドル４の軸回転を阻害することなく当該スピンドル４の熱を放熱用空間へ放散するとともに伝達機構のモータ方向への変位を規制する規制部材８が装着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、建造物の内装工事あるいは外装工事などに用いられるドリルドライバー系の電動工具に関する。

ドリルドライバー系の電動工具として、例えば特許文献１に記載された回転衝撃工具が知られている。この回転衝撃工具は、錆等によりネジ穴とほぼ一体化して緩めにくい状態になっているネジにハンマーで回転衝撃を与えて緩めやすくする打撃機構と、ハンマーの動きを阻止する打撃停止機構とを備える。打撃機構が作動すると、回転衝撃工具がインパクトドライバーとして使用可能となり、一方、打撃停止機構が作動すると、回転衝撃工具が、打撃音の無い電動ドリルとして使用可能となる。

また、特許文献２に記載された電動工具は、インパクトドライバーとして動作させるモード、震動ドリルとして動作させるモード、震動のないドリルとして動作させるモード、クラッチ機構を使用するクラッチモードのいずれかを物理的な操作機構を用いて選択できるように構成されている。

特開平６−１８２６７４号公報 特開２０１３−３５０９０号公報

建造物の内装工事あるいは外装工事では、インパクトドライバーのように、ハンマーが被打撃部を打撃するときの金属同士の衝突時に生じる音、すなわち打撃音の大きさとその発生頻度が工期に重大な影響を及ぼす。そのような電動工具の使用が容認される時間帯や曜日が限られるためである。特許文献１に開示された回転衝撃工具や特許文献２に開示された電動工具には、インパクトドライバー以外の動作モードを選択することができるが、操作者（作業者）による誤ったモード選択などによって打撃音を発生させてしまう場合がある。

また、特許文献１，２に記載されている各工具は、１台で複数の工具として使用可能にするため、全ての工具用の部品をハウジングの限られた収容スペースに配置している。そのため、ハウジング内が緻密になっている。モータを駆動源とする電動工具では、近年のモータの高出力化によって、電動工具の発熱量が大きくなってきており、冷却ファンが設けられる場合もあるが、部品の緻密化によって、発熱している部品に冷却風が十分に当たらず、効果的に冷却できない問題が生じる。

本発明は、金属同士の衝突を生じさせることなく、稼働時に発生する熱を効率的に放散できる電動工具を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、後述する実施の形態例から明らかになるであろう。

本発明の実施の一態様となる電動工具は、モータと、前記モータの駆動により軸回転するスピンドルと、前記スピンドルの軸回転力を先端工具ビットへ伝達する伝達機構と、を備えた電動工具であって、前記モータと前記伝達機構との間には放熱用空間が形成され、前記スピンドルの少なくとも一部の表面は前記放熱用空間において露出しており、前記露出した前記スピンドルの表面に、前記スピンドルの軸回転を阻害することなく当該スピンドルに生じた熱を前記放熱用空間へ放散するとともに稼働時の前記伝達機構のモータ方向への変位を規制する規制部材が装着されていることを特徴とする。

本発明の電動工具によれば、稼働時に生じる熱を効率的に放散できる電動工具を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電動工具の構造説明図。 本実施形態で用いるブラシレスモータの構造説明図。 アンビルとハンマー部材の係合状況を示す構造説明図。 規制部材の構造例を示す外観斜視図。 （ａ），（ｂ）は、規制部材の他の構造例を示す断面図。 規制部材の他の形状例を示す断面図。 規制部材の他の形状例を示す断面図。 モータ軸に、ファンが取付固定されている状態を示す模式図。 本発明の第２実施形態に係る電動工具の構造説明図。 （ａ），（ｂ）は、第２実施形態における水準器の状態説明図。 （ａ），（ｂ）は、他の構成の水準器の状態説明図。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電動工具の構造説明図である。便宜上、ＸＹＺの直交三次元軸を図中に設定する。Ｚ軸は高さ方向、Ｘ軸は前後方向、Ｙ軸は幅方向を表す。この電動工具１は、例えばネジ等の締め付け工具として使用されるもので、外装材としてハウジング２を備えており、このハウジング２の内側に、モータ３、スピンドル４、軸回転力の伝達機構５、各種電材などが収容されている。

ハウジング２は、作業者が片手で操作可能なサイズの硬質樹脂製のもので、一対のカバー２０とグリップ部２１とを有している。一対のカバー２０の各々には、内部に複数の仕切が形成されており、互いに対向させてネジ止め固定することで、各仕切で画定された部品空間に、上記モータ３等の部品が収容されるようになっている。作業時に操作者側となるハウジング２の後端（−Ｘ方向）には、複数の通気孔２０１が形成されており、ハウジング２の前端（＋Ｘ方向）には排気孔２０２が形成されている。これは、排気孔２０２から排出される空気が操作者に直接当たらないようにするためである。

グリップ部２１は、操作者が把持可能なサイズ及び形状に成形されており、その下端部には、電池パック７が離脱自在に装着されている。グリップ部２１の内部には、後述する電力制御機能、電子クラッチ制御機能、モータ制御機能などを行う制御基板１００が固定されている。制御基板１００には、電池パック７からモータ３へ供給されている電力（振幅値：電池パック７が離脱状態のときはゼロ値）Ｖ１、モータ３から後述する回転トルク検出信号Ｓ１０が入力される。また、制御基板１００からモータ３へは、駆動電力（振幅値）Ｖ２と後述する指令信号Ｓ１１が出力される。

モータ３は、電動工具１の回転駆動源となる部品である。本実施形態では、発熱量が一般に直流モータよりも少ないブラシレスモータを用いた場合の例を説明する。すなわち、本実施形態で用いるモータ３は、図２に示すように、ロータ（回転子）３１とステータ（固定子）３２とを備えるブラシレスモータである。ロータ３１は、磁石を備えていて、モータ軸３３と一体に回転する。モータ軸３３には回転トルクセンサ３４が設けられている。回転トルクセンサ３４は、モータ軸３３の駆動時に生じる回転トルクを検出するセンサであり、検出結果を表す上記信号Ｓ１０を制御基板１００に出力する。

ステータ３２はハウジング２の所定の内部仕切部位に固定され、その内側にロータ３１が回転可能に配置されている。ロータ３１の前方には、モータ軸受け部３５が設けられている。モータ軸受け部３５は、モータ軸３３の前部を支持している。モータ軸３３は、モータ軸受部３５から更に前方に所定長さだけ突出している。

スピンドル４は、モータ３の駆動により軸回転する軸回転体である。上記の通り、モータ軸３３がモータ軸受部３５から前方に突出しているので、スピンドル４は、このモータ軸３３の端部に連結することで、モータ３の稼働に連動して軸回転する。
スピンドル４は、金属製の柱状部分４１と、モータ軸３３と反対側の端部に形成されている係合突起４２とを有する。係合突起４２は柱状部分４１と一体に成形されており、柱状部分４１を中心として、対称に延び、外周部が弧状に成形されている。この係合突起４２は、伝達機構５の係合機構に連結される。なお、モータ軸３３とスピンドル４との連結機構と、スピンドル４の係合突起４２と伝達機構５の係合機構との連結態様については、それぞれこの種のスピンドル４を有する電動工具において周知のものなので、その具体的な説明は省略する。スピンドル４の柱状部分４１の外径は、モータ軸３３よりは太く、両端部の連結機構が存在する部分よりは細い。

本実施形態の電動工具１では、モータ３と伝達機構５との間のハウジング２の内部に、放熱用空間６０が形成されるようにした。放熱用空間６０は、スピンドル４のうち柱状部分４１の表面を底面とする、側面視（Ｙ軸からの視点）で対向するモータ３と伝達機構５（本例ではハンマー部材５１）との間に二次元視点で凹状に形成される三次元空間である。スピンドル４が金属製なので、モータ３等で発生した熱は、モータ軸３３のうち露出部分及びスピンドル４の柱状部分４１の表面から放熱用空間６０へ放散される。そして、ハウジング２の通気孔２０１から流入した空気が放熱用空間６０を循環して排気孔２０２から外部へ直ちに放散される。そのため、スピンドル４のみならず、ハウジング２の内部で熱が発生し、あるいは他の部品を通じて伝熱している部分の温度上昇が抑制される。また、スピンドル４の柱状部分４１が露出しているので、スピンドル４が変形していないかどうかや軸回転の駆動系統が正常に稼働しているかどうかを容易に観察することができる。

軸回転力の伝達機構５は、スピンドル４の係合突起４２とバネ５５を介して弾性連結されるハンマー部材５１と、先端工具ビット３００を保持するためのビット保持機構の一例となるアンビル５３とを含んで構成される。アンビル５３は、先端工具ビット３００を離脱自在に保持するためのチャック孔５２を有する公知の工具部品であり、その回転軸線が、モータ軸３３の回転軸線及びハンマー部材５１の回転軸線と一致するように配置される。スピンドル４とハンマー部材５１とをバネ５５を介して弾性的に連結するのは、先端工具ビット３００でネジ等を締め付ける際に生じる応力を吸収してネジ等を傷めないようにするためである。

アンビル５３のうちチャック孔５２とは反対側の端部にはアンビル５３の回転軸を挟んで対称となる直交方向に延びる第１係合部５３１と，第２係合部５３２とが形成されている。また、ハンマー部材５１のうちアンビル５３側の端部には、第１係合部５３１を収容する第１窪み部５１１と第２係合部５３２を収容する第２窪み部５１２とが形成されている。

ハンマー部材５１には、例えば、市販されているインパクト工具の打撃機構のうち比重が他の部材よりも高いハンマー本体の部分を摘出して用いることができる。ハンマー部材５１は、略円柱状の鋼製であり、その直径はスピンドル４の柱状部分４１の２倍以上である。また、後述する先端工具ビット３００の基端部にできるだけ近い位置に、その中心軸（回転軸線）を中心に軸回転自在に取り付ける。
本実施形態の電動工具１は、インパクト工具ではないが、比重が相対的に高いインパクト工具用のハンマー部材を用いることで、軸回転時の慣性力を高めることができる。すなわち、例えば先端工具ビット３００の回転中心軸線が、モータ３やスピンドル４の回転中心軸線からずれようとすると、慣性力によって回転中心軸線回りに回転しようとする力（トルク）が発生し、駆動時の軸回転速度を安定に保つことができる（いわゆるコマが安定にまわり続ける原理）。

本実施形態の電動工具１では、上述した放熱用空間６０において、露出しているスピンドル４の柱状部分４１の表面に、規制部材８を装着する。稼働時には、先端工具ビット３００の応力により、伝達機構５、特にハンマー部材５１のモータ３方向への変位が生じる。規制部材８は、スピンドル４の回転を阻害することなくこの変位を一定量以下に規制するための部材（いわゆるスペーサ）であるが、本実施形態では、スピンドル４の柱部分４２に生じた熱を放熱用空間６０へ放散する役割も持つ。規制部材８は、熱伝導材料、例えば金型で製造された鋼製の一対の樋を対向させることで構成される。ただし、熱伝導性が阻害されない場合は、硬質樹脂材料で形成してもよい。規制部材８を鋼で形成する場合は、スピンドル４の機械強度の補強して、回転軸線の変動（振れ）を抑制することができる。

規制部材８のＸ方向の長さは、放熱用空間６０において露出するスピンドル４の柱状部分４１の長さよりも僅かに小さい。これは、伝達機構５（ハンマー部材５１）の僅かな変位を積極的に許容するためである。すなわち、規制部材８のＸ方向の長さは、バネ５５による変位が許容されるほどそのバネ５５が付勢されたときのハンマー部材５１とモータ軸受け部３３との距離（長さ）である。また、規制部材８を平面に展開したときの幅の合計は、スピンドル４の柱状部分４１の外径とほぼ同じである。

規制部材８は、交換自在に装着される。そのため、図４に示されるように、例えば同一形状及びサイズの一対の樋８１をスピンドル４の柱状部分４１の外周に被せた後、各樋８１を締結具で固定する。一方の樋８１の一対の端部８１１，８１３は、対向する他方の樋８１の一対の端部８１２，８１４と互いに係合する形状に成形されている。

規制部材８は、また、図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、それぞれスピンドル４の柱状部分４１の表面に当接される複数のスペーサ部品８１ａ〜８１ｊを集合させ、これらを相互に接着させるか、あるいは、位置決め後に締結具、例えば金属テープ８５などを巻いて固定してもよい。

あるいは、規制部材８を、図６に例示される線状又は棒状の導体８６で構成し、この導体８６をスピンドル４の表面に巻回してボルトとナットとで固定するようにしてもよい。さらに、図７に示すように、規制部材８を、基台部分が円弧状の放熱フィン８７で構成し、この放熱フィン８７をスピンドル４の表面に被せ、あるいは、貼り付けるようにしてもよい。図６及び図７の形状例の規制部材８では、スピンドル４の柱状部分４１の表面を通じて伝達された熱と放熱用空間６０との接触面積が、これらが無い場合に比べて格段に増えるため、放熱効果をさらに高めることができる。

次に、図１及び図８を参照して、ハウジング２のグリップ部の内部に設けられる制御基板１００について説明する。制御基板１００は、絶縁性基板上に、電力制御回路１０１、モータ制御回路１０２、電子クラッチ制御回路１０３等を設けたものである。電力制御回路１０１は、電池パック７から出力される電力Ｖ１を監視しており、電力Ｖ１が所定値以下に低下した場合は、アラーム信号などを出力する。また、電池パック７から供給される電力Ｖ１を一部減圧して、モータ制御回路１０２及び電子クラッチ制御回路１０３の能動素子等へ供給する。

モータ制御回路１０２は、ハウジング２の所定部位に設けられた図示しない操作パネルの電源オン操作によってモータ３に所定の設定レベルの電力Ｖ２を供給し、電源オフ操作あるいは後述する電子クラッチ制御回路１０３からの指令信号Ｓ１１によって、モータ３への電力Ｖ２の供給を停止する。

電子クラッチ制御回路１０３は、モータ制御回路１０２がモータ３を駆動したときの電力と、その電力が供給された時点の回転トルクセンサ３４で検出された回転トルクとを取得する。そして、取得したこれらの回転トルクが予め操作パネル等に設定されたトルク設定値に達したかどうかを判別し、達したときは、モータ制御回路１０２へ、モータ３への電力供給を停止させる旨の指令信号Ｓ１１を出力する。これにより、モータ３は回転を停止するので、伝達機構５から先端工具ビット３００への回転駆動力の伝達が停止する。
つまり、回転トルクがトルク設定値に達したらモータを空転させてその回転駆動力が先端工具ビット３００に伝達されないようにする機械的なクラッチ機能を、電気的な制御によって実現している。そのため、金属部分間の衝突のないクラッチ機能を実現することができる。

トルク設定値は、操作者が任意に設定し、適宜変更することができる。この設定値の設定及び変更は、機械的機構の切り替えによるものではなく、電気的な制御によって実現されるため、簡易に実現することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。図９は、第２実施形態に係る電動工具１’の構造説明図である。この電動工具１’は、第１実施形態の電動工具１のハウジング２の外表面にサブハウジング９を被せて固定したものである。他の構成部品については、第１実施形態の電動工具１と同じである。そのため、第１実施形態において説明した要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。

サブハウジング９は硬質樹脂製であり、側面部分にガイド機構が設けられている。ガイド機構は、側面視で回転中心軸線と一致する直線状のガイド線９１と水準器９２とを備えて構成される。ガイド線９１は、操作者（作業者）に対して、先端工具ビット３００の取付の際の位置決めや、作業時に力を加える方向（回転中心軸線の方向）をガイドするために使用される。

水準器９２は、回転中心軸線の水平に対する角度を確認する器具であり、ガラス容器の中に液体を入れたものである。電動工具１’が右肩下がりで傾いている場合は、図１０（ａ）に示すように，水面９２１が右肩下がりとなり、電動工具１’が左肩下がりで傾いている場合は、図１０（ｂ）に示すように，水面９２１も左肩下がりとなる。そのため、電動工具１’の現在の水平面に対する角度を知ることができる。

あるいは、水準器９２に代えて、気泡を残した状態で液体を入れた水準器９３を使用してもよい。この水準器９３は、電動工具１’が右肩下がりで傾いている場合は、図１１（ａ）に示すように，気泡９３１が左上に移動し、電動工具１’が左肩下がりで傾いている場合は、図１１（ｂ）に示すように，気泡が右上に移動する。そのため、気泡９３１の位置で電動工具１’の現在の水平面に対する角度を知ることができる。

このような水準器９２，９３は、例えば建造物に対してネジを水平に打ち込んだり、あるいは緩めたりするときに使用される。
なお、水準器９２，９３は不可欠なものではないので、ガイド線９１だけでガイド機構を構成することもできる。この場合、ガイド線９１を１本のみならず、それぞれ異なる角度のものを複数設けてもよい。
また、サブハウジング９に、通気孔又は排気孔を形成してもよい。

［変形例］
以上、本発明の実施の一形態例を説明したが、本発明は、さまざまな態様で実施することができる。例えば、本実施形態では、ハンマー部材５１とスピンドル４の係合機構４２とをバネ５５で弾性連結させる例を説明したが、規制部材８によってアンビル５３の第１係合部５３１と第２係合部５３２とがハンマー部材５１の第１窪み部５１１及び第２の窪み部５１２から離脱しない範囲に動作を制限した公知のクラッチ機構を用いてもよい。

また、本実施形態では、回転トルクセンサ３４をモータ軸３３に設けた場合の例を説明したが、スピンドル４の表面、規制部材８、あるいはアンビル５３の基端付近に設けてもよい。

また、ハウジング２のうち放熱用空間６０付近、あるいは、放熱用空間６０を指向する部位に、ファンが取付固定されていてもよい。これにより、ハウジング２の内部に、後端の通気孔２０１から前端の排気孔２０２へ向かう空気の循環作用が相まってモータ３等をより効率的に冷却することができる。

本実施形態では、先端工具ビット３００がドライバーであることを前提として説明したが、先端工具ビット３００はドリルであってもよい。

Claims (6)

1. モータと、前記モータの駆動により軸回転するスピンドルと、前記スピンドルの軸回転力を先端工具ビットへ伝達する伝達機構と、を備えた電動工具であって、
   前記モータと前記伝達機構との間には放熱用空間が形成され、
   前記スピンドルの少なくとも一部の表面は前記放熱用空間において露出しており、
   前記露出した前記スピンドルの表面に、前記スピンドルの軸回転を阻害することなく当該スピンドルに生じた熱を前記放熱用空間へ放散するとともに稼働時の前記伝達機構のモータ方向への変位を規制する規制部材が装着されていることを特徴とする、
   電動工具。
2. 前記放熱用空間は、前記露出した前記スピンドルの表面を底面とする、側面視で対向する前記モータと前記伝達機構との間に二次元視点で凹状に形成される三次元空間であることを特徴とする、
   請求項１に記載の電動工具。
3. 前記伝達機構は、ハンマー部材と、前記先端工具ビットを保持するビット保持機構と、前記ハンマー部材と前記ビット保持機構との間を弾性的に連結する弾性連結部材とを含み、前記スピンドル、前記ハンマー部材及び前記ビット保持機構のそれぞれの回転中心軸線が直線上で一致することを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の電動工具。
4. 前記モータ、前記スピンドル及び前記伝達機構を収容するハウジングと、前記ハウジングの外表面に固定するサブハウジングをさらに備えており、
   前記サブハウジングには、側面視で前記回転中心軸線と一致する直線状のガイド線を含むガイド機構が設けられていることを特徴とする、
   請求項３に記載の電動工具。
5. 前記モータ又は先端工具ビットの回転トルクを検知する検知手段を備えており、
   前記伝達機構は、前記検知手段が所定の回転トルクを超えたことを検知すると前記伝達を停止することを特徴とする、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の電動工具。
6. 前記モータ、前記スピンドル、前記伝達機構及び前記ビット保持機構をその内部に収容するハウジングを備えており、前記ハウジングのうち、稼働時に操作者側となる後端部に通気孔を形成し、前記後端部と反対側の前端部に排気孔を形成するとともに、前記放熱用空間に向かう部位にファンを設け、前記ファンによって循環した空気が前記排気孔から外部へ排気されることを特徴とする、
   請求項３又は４に記載の電動工具。

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